ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА И ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА
Цель работы: познакомиться с работой лазера и свойствами лазерного луча, убедиться в справедливости закона Малюса.
Приборы и принадлежности: газовый лазер ЛГ-56 со стабилизатором, поляризатор, фотодиод, прибор для измерения фототока.
П р и м е ч а н и е:теоретический материал находится в начале лабораторной работы № 6.
Описание установки
               
|
Схема установки представлена на рис. 7.1. Источником света 1 является газовый лазер типа ЛГ-56 со стабилизатором 2, служащим для "поджига" и питания лазера. Поляризатором 3 служит призма Аренса.
Поляризатор укреплен в обойме в и вместе с круговой шкалой б с помощью рукоятки г поворачивается относительно неподвижного диска д, на котором укреплен указатель а отсчета углов поворота поляризатора. Приборы 1, 3, 4 укреплены на оптической скамье. Для измерения интенсивности прошедшего через поляризатор света используется фотодиод 4 типа ФД- 2. Фототок Iф, возникающий в цепи микроамперметра 5, подключенного к фотодиоду, пропорционален интенсивности J падающего на него света: Iф = kJ. Так как в обеих задачах интенсивность света достаточно знать в относительных единицах и так как Iф ~ J, то за меру интенсивности света можно принимать величину фототока (в относительных единицах).
Выполнение работы
1. Ознакомиться с приборами установки, со шкалами измерительных приборов, с передней панелью стабилизатора.
2. Настроить установку.
2.1. Осуществить, если этого не было сделано раньше, “поджиг” лазера, для чего подать на стабилизатор напряжение из сети, переведя тумблер “сеть” в верхнее положение (должна загореться сигнальная лампа). Далее в течение 3 - 5 минут лазер должен прогреться. Затем поставить ручку “ток нагрузки” в среднее положение; включением кнопки “поджиг” произвести “поджиг” лазера; установить ручку “ток нагрузки” в положение, соответствующее минимальной мощности излучения (до отказа влево).
2.2. Убедившись, что луч лазера устойчив, проверить, центрированы ли приборы 3 и 4 относительно луча, попадает ли свет на фотодиод.
2.3. Подключить к фотодиоду прибор для измерения фототока и убедиться, что при вращении (медленном) поляризатора интенсивность света, прошедшего через него, действительно меняется.
3.Определить степень поляризации лазерного луча.
3.1. Вращая поляризатор, и непрерывно следя за показаниями прибора, измерить Jmax и Jmin. Отметить положение поляризатора в эти моменты. Продолжая вращать поляризатор в ту же сторону, еще дважды сделать аналогичные измерения. Результаты записать в табл. 7.1.
Таблица 7.1
| Номер измерения | Jmax | Jmin | P | j max | j min | Dj |
3.2. Для каждого из измерений вычислить по формуле (6.1) степень поляризации P и ее среднее значение. Сделать вывод относительно P.
3.3. Вычислить углы Dj между двумя соседними положениями по-ляризатора, соответствующие Jmax и Jmin. Сделать вывод относительно Dj.
4. Выполнить проверку закона Малюса (задание можно выполнять при условии, что для степени поляризации получено достаточно большое значение P ³ 0,97).
4.1. Вновь установить поляризатор в положение, соответствующее значению Jmax = J0, и записать угол a 0, определяющий начальное положение поляризатора. Поворачивая поляризатор на разные (от начального положения) углы (удобно взять 10, 20, 30... 90O), измерить J. Результаты записать в табл. 7. 2.
Таблица 7.2
| a, град | I | cos a | cos2 a |
| ... | |||
4.2. По таблицам найти значения сosa и вычислить сos2a. Построить график J = f ( сos2a ) и сделать вывод о выполняемости закона Малюса.
4.3. Выключить лазер.
П р и м е ч а н и е: так как свойства фотодиода при освещении лучом лазера изменяются, то для большей точности перед каждым измерением рекомендуется луч лазера перекрыть на несколько секунд.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Свет - электромагнитные волны.
2. Естественный свет.
3. Линейно-поляризованный свет.
4. Частично-поляризованный свет.
5. Поляризаторы.
6. Степень поляризации частично-поляризованного света.
7. Закон Малюса.
8. Лазеры: принцип действия (инверсная заселенность, вынужденное излучение); устройство и работа лазера (твердотельного и газового); свойства луча лазера; использование лазера.
9. Фотодиод.
10. Экспериментальное определение степени поляризации света.
11. Экспериментальная проверка закона Малюса.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8